membranas biologicas

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Nereide Stela Santos Magalhães
Recife, 2004
UNIVERSIDADE FEDERAL DE PERNAMBUCO
DEPARTAMENTO DE BIOQUÍMICA
LABORATÓRIO DE IMUNOPATOLOGIA KEIZO-ASAMI 
Lipídeos e Membranas
Profa Dra Nereide Stela Santos Magalhães
2004
UNIVERSIDADE FEDERAL DE PERNAMBUCO
CURSO DE EXTENSÃO EM BIOQUÍMICA
Lipídeos e Membranas
• Classificação de lipídeos 
• Propriedades de agregados lipídicos
• Membranas biológicas
• Proteínas ligadas a lipídeos
Membranas Biológicas
• Composição
• Lipídeos Membranares
• Proteínas Membranares
• Modelo de Mosaico Fluido da estrutura 
membranar
• A Membrana de Eritrócitos
Membranas: definição e funções
• Membranas são estruturas complexas compostas 
de lipídeos, proteínas e carboidratos. São 
estruturas assimétricas constituídas de duas 
camadas (bicamada) com uma superfície interna e 
uma superfície externa que diferem entre si.
• Membranas são estruturas altamente viscosas, 
quase plásticas.
Membranas: definição e funções
• Duas camadas de fosfolipídios unidas de forma não 
covalente, termodinamicamente estáveis e 
metabolicamente ativas.
• Moléculas de proteínas específicas estão ancoradas nas 
membranas com funções específicas (organelas, células 
ou organismo).
• A membrana plasmática forma um compartimento 
fechado em torno do protoplasma celular para separar 
uma célula da outra, permitindo assim a individualidade 
celular.
Membranas Biológicas
• Participam ativamente na comunicação intra e extra 
celular
• Formam compartimentos especializados no interior da 
célula (organelas)
• Comportam enzimas
• Funcionam com elementos integrais no sistema 
excitação/resposta
• Provêem sítios para a produção de energia (e.g. 
fotossíntese ou fosforilação)
Teorias da Origem da Vida
• “Membranas se originaram primeiro”.
• As forças hidrodinâmicas e 
aerodinâmicas acopladas por solvatação
e energia livre entrópica geraram clones 
auto-replicativos, ricos em Potássio, 
como sistemas fechados membranares.
• Há bilhões de anos: membranas rudimentares
• Vacúolos (sacos) contendo gotículas de 
moléculas primitivas auto-replicativas
dissolvidas.
• Estas membrana permitiram a criação de um 
meio interno – pré-requisito para a origem da 
vida.
ESTRUTURA E PROPRIEDADES DE 
MEMBRANAS
ESTRUTURA E PROPRIEDADES DE 
MEMBRANAS
Escala Cronológica da Evolução da Vida
Battail, 2002
Teorias da Origem da Vida
• Experimentos realizados por Banghan
(1993), evidenciaram a hipótese de que as 
membranas lipídicas precederam o DNA 
ou a síntese protéica.
• Lipossomas clonados devem ter servido 
como superfície catalítica para reações que 
ocorreram próximas à superfície da 
membrana, na interface de compartimentos 
aquosos e lipídicos de cada unidade auto-
replicativa (Deamer, 1997).
Manutenção da Vida
• A vida foi originada em meio aquoso
– Reações enzimáticas
– Processos celulares e sub-celulares
As membranas, portanto, internalizam e 
compartimentalizam a água do organismo.
Manutenção da Vida
– Fluido intracelular (2/3 água total)
• Produção de energia
• Armazenamento de energia
• Utilização da energia
• Manutenção (reparo celular, replicação, etc.)
– Fluido extracelular (1/3 água total)
• Fornece nutrientes para a célula 
glicose, aminoácidos, ácidos graxos, O2, íons 
etc.
• Remoção de 
CO2; metabólicos; material tóxico; etc.
Relevância Biomédica
• A integridade das membranas garantem os processos 
celulares normais
• Alterações na estrutura das membranas afetam
– Balanço hidrolítico
– Fluxo de íons
Alterações nos processos celulares que originam doenças.
Doenças relacionadas com defeitos 
em membranas
• Deficiências de α-glicosidade (lipossomas)
– Armazenamento incorreto de glicogênio tipo II
• Deficiência do transportador de iodeto
– Bócio congênito
• Defeito na endocitose de lipoproteínas de 
baixa densidade (LDL)
– Hipercolesterolemia e doenças arteriais e coronárias
FUNÇÃO DAS MEMBRANAS
• Gradiente elétrico e químico-
osmótico
• Bioenergética
• Ação neuronal
(propagação de impulso)
• Tradução de Sinais
(sinalização celular)
• Processos Celulares
– Transporte
– Motilidade
– Reconhecimento 
– Interação
– Fusão
Barreiras seletivas
Interação com o meio externo
• A membrana plasmática é também 
responsável pelas trocas de material com o 
meio extracelular via endocitose ou 
exocitose, 
• apresentam áreas estruturais especiais –
junções intersticiais (gap junctions) – através 
das quais as células trocam material 
Membranas Intracelulares
• As membranas intracelulares asseguram a integridade 
estrutural das organelas presentes no interior da célula
– Mitocôndrias
– Retículo endoplasmático
– Complexo de Golgi
– Grânulos secretores
– Lisossomas
– Membrana nuclear
Composição das Membranas
• Proteínas
• Lipídeos
Proteínas ≥ Lipídeos maioria não integrais
Mielina
Proteínas/lipídeos ~ 0,23
Membrana Mitocondrial
Proteínas/lipídeos ~ 3,23 Singer (1975)
Constituição
• Fosfolipídeos
– Fosfoglicerídeos (glicerol + ácidos graxos)
– Esfingolipídeos (esfingosina + ácidos graxos)
• Mielina
• Glicoesfingolipídeos
– Cerebrosídeos
– gangliosídeos
• Esteróis
– Colesterol (mamíferos)
• Membrana plasmática
• Mitocondrias
• Complexo de Golgi
• Membrana nuclear
– ergosterol
Classificação de Lipídeos
• Ácidos graxos
• Trigliceróis
• Glicerofosfolipídeos
• Esfingolipídeos
• Colesterol
Ácidos Graxos
São compostos que apresentam uma longa cadeia 
hidrocarbonada e um grupo terminal carboxílico
(cauda)+(cabeça)
SATURADOS INSATURADOS
Monoisaturados
Poli-insaturados
Mais abundantes Mais abundantes
ácido esteárico (18:0) ácido oléico (18:1) (9)
ácido palmítico (16:0) [C9=C10]
ÁCIDOS GRAXOS
Ácido Láurico 12
Ácido Mirístico 14
Ácido Palmítico 16
Ácido Esteárico 18
Ácido Araquídinico 20
Ácido Berênico 22
...
Ácido Palmitoléico 16
Ácido Oléico 18
Ácido Linolênico (αααα-linolênico, γγγγ-linolênico) 18
Araquidônico 20
Voet & Voet, 1995
Ácidos Graxos
Garrett, 1995
Triglicerídeos
Garrett, 1995
Lehninger, 2000
GLICEROFOSFOLIPÍDEOS
(fosfoglicerídeos)
FOSFOLIPÍDEOS
PRINCIPAIS CONSTITUINTES DAS MEMBRANAS BIOLÓGICAS
Ácido fosfatídico
Fosfatidilcolina (lecitina)
Fosfatidiletanolamina
Fosfatidilglicerol
difosfatidilglicerol (cardiolipina)
Fosfatidilserina
Fosfatidilinositol
Alberts al., 1998 The Cell
FOSFOLIPÍDEOS
Garrett, 1995
Garrett, 1995
Alberts et al., 1998 The Cell
Cerebrosídeos
Garrett, 1995
Gangliosídeos
Garrett, 1995
Propriedades de Agregados 
Lipídicos
• Micelas
• Bicamadas
• Lipossomas
ESTRUTURAS LIPÍDICAS
Monocamadas e micelas: Em meio aquoso, os 
lipídeos, espontaneamente, formam estruturas. 
MONOCAMADAS (baixas concentrações)
MICELAS (altas concentrações)
CMC=concentração crítica micelar
BICAMADAS LIPÍDICAS
VESÍCULAS
Lipossomas
Lehninger, 2000
Estruturas Lipídicas
Figura 2. Agregados de lipídeos anfipáticos dispersos em água
Lehninger, 2000
Figura 3. Organização dos fosfolipídeos em micelas
Micelas
Voet & Voet, 1995
Incorporação de água em micelas com quantidade 
excessiva de moléculas ou com forma elipsoldal.
A Bicamada Lipídica
• Fosfolipídios formam bicamadas em água
• A bicamada lipídica é um fluido bidimensional
• A fluidez da bicamada depende da sua 
composição
• A bicamada éusualmente assimétrica
• A assimetria é gerada dentro da célula
• Bicamadas lipídicas são impermeáveis a solutos 
e íons
Lehninger, 2000
Figura 4. Organização dos fosfolipídeos em bicamadas
Ácidos graxos saturados
Formam “empacotamentos”, de forma 
organizada e rígida, de moléculas umas 
muito próximas das outras.
Ácidos graxos insaturados
Não permitem o empacotamento rígido das
Moléculas, originando agregados flexíveis
e fluidos.
Lehninger, 2000
Figura 5. Organização dos fosfolipídeos em 
vesículas - lipossomas
Voet & Voet, 1995
Lipossomas 
multilamelares
(MLV)
Lipossoma
unilamelar
(SUV)
Vesículas Multilamelares
Estrutura das Membranas Biológicas
Lehninger, 2000
Figura 1. Arquitetura supramolecular das membranas
Variedade de Composição
• Grande variedade de proteínas 
Diferentes funções nas membranas
• Grande variedade de lipídeos
(>100 tipos diferentes em células eucarióticas)
Composição das Membranas
• Lipídeos das membranas
Auto-agregação em torno de um meio aquoso
CCA= concentração crítica de agregação
10-10M/l e 10-5M/l
Organização dos Lipídeos nas 
Membranas
• Bicamada lipídica
• Forma hexagonal Inversa 
– (exceto esteróides)
• Cúbica
ESTRUTURAS
A capacidade de transição entre as diferentes conforma-
ções permite a funcionalidade das membranas.
Fosfolipídeos das Membranas de 
Eucariotos
(80—90% do total de lipídeos)
• Derivados da colina
– PC fosfatildicolina
– SM esfingomielina
• Derivados amínicos
– PE Fosfatildietanolamina
– PS Fosfatildilserina
Diversidade dos Lipídeos nas 
Membranas
• 1. Variabilidade Intermembranas
– A Composição lipídica está associada com a 
função
– Membranas das organelas apresentam 
composição lipídica diferente
Composição Lipídica das Membranas Biológicas
Lehninger, 2000
Distribuição assimétrica de fosfolipídeos entre a membrana plasmática 
interna e externa de eritrócitos.
Tipos de gradiente intracelular
Lipídeos
Esfingomielina Colesterol
↑
↓
↓
↓
↓
↑Membrana Plasmática
Membrana Nuclear
Membrana Mitocondrial
Quantidade Relativa de SM e CH em 
diferentes organelas
• SM
--
3%
5%
7%
12%
• CH
3%
5%
8%
12%
15%
Mitocôndria
Núcleo
Retículo Endoplasmático
Complexo de Golgi
Membrana Plasmática
• organela
Efeito do Envelhecimento sobre a 
Homeostase Membranar
• ↑ colesterol e esfingomielina
• ↑ saturação das cadeias policarbonadas
Deterioração da Homeostase
Membranas: Assimetria
Proteínas x Lipídeos
• Lipídeos
– Membrana externa
• Fosfatidilcolina
• Esfingomielina
• Colesterol (↑↑↑↑ [ ]) 
– Membrana interna
• Fosfatidilserina
• Fosfatidiletanolamina
• Colesterol (↓↓↓↓ [ ])
Membranas: Assimetria
Proteínas × Lipídeos
• Proteínas
– Distribuição irregular de proteínas na membrana
– Assimetria da membrana externa: presença de 
carboidratos conjugados à proteínas
– Assimetria da membrana interna: presença de enzimas
– Assimetria regional (local)
• Gap junctions – Junções intersticiais
• Sinapses
Membranas: “Turnover”
• Membranas são estruturas dinâmicas com 
renovação (turnover) de proteínas e 
lipídeos.
Movimento de lipídeos
Membrana externa x membrana interna
• Movimento transverso
– Flip-flop (interna ���� externa)
• Movimento lateral
– Difusão ao longo da membrana (µµµµm/s)
Homeostase membranar
• Troca espontânea de Fosfolipídeos entre membranas.
• Processo lento: t1/2 de várias horas
• Colesterol (t1/2 de minutos ou horas)
• Depende da atividade de proteínas transportadoras de 
lipídeos
• (50 – 2500 nmol.m-1.mg-1)
• Mecanismo (?)
processo homeostático multifatorial, depende da 
energia envolvendo:
– A síntese de lipídeos membranares
– Transporte vesicular
Lehninger, 2000
Movimentos dos Lipídeos na Estrutura das 
Membranas Biológicas
Razões para a Assimetria 
Lipídica das Membranas
• A assimetria permite um meio adequado para as 
enzimas membranares
– Reorientação de PS e PE: controle ou ativação
de enzimas específicas.
• Fusão de membranas: 
– Controle do lado no qual as membranas começam a 
fusão.
• Assimetria incorreta de fosfolipídeos × situações 
patológicas 
Manutenção da estabilidade da 
assimetria das membranas
• Proteínas responsáveis pela síntese de lipídeos
• Atividade de Flipases (proteínas específicas)
• Ex. Flipases
– 1. Aminofosfolipídeos translocases
– 2. Proteínas da resistência multidroga (MDR)
• Transporte de drogas anfifílicas e fosfolipídeos do 
lado externo para o lado interno da membrana 
plasmática.
• Expressão de genes MDR3 (humano) e 
Andr2 (ratos) translocação de 
fosfatidilcolinas de cadeia longa.
• Expressão do gene MRD1 movimento 
de fosfolipídeos que possuam no mínimo 
uma cadeia pequena.
•Ex. Flipases
– 3. Complexos protéicos 
redistribuição rápida de fosfolipídeos após a entrada de 
Ca2+ na células
– 4. Proteínas ATP-independente transportadoras 
de fosfolipídeos 
(glicerofosfolipídeos e glicoesfingolipídeos)
• Ex. Flipases
Retículo endoplasmático e complexo de Golgi
Hipóteses para assimetria nas Membranas
• 1. Promoção de um meio assimétrico para as 
enzimas membranares
– Reorientação de PS e PE constitui um meio de controle 
ou “trigger” de enzimas específicas.
• 2. Fusão de membranas, controlando o lado na 
qual as duas membranas começam a fundir.
• 3. Manutenção da curvatura das membranas 
através de forças controladoras de bombas 
lipídicas e enzimas, responsáveis pelo fluxo 
transmembranar de fosfolipídeos
– Eventos que ocorrem durante a formação de vesículas 
endocíticas.
Importância da Assimetria Lipídica 
nas Membranas
• Assimetria fosfolipídica incorreta
situações patológicas.
β-talassemia= 
PS camada interna -> camada externa de eritrócitos.
Exposição de PS ao sangue => anemia; ↓ t1/2 eritrócitos.
Reconhecimento de OS pelos macrófagos e apoptose 
celular.
PS tem papel importante no estado hipercoagulação
associado à β-talassemia severa.
Distribuição Lipídica numa 
Membrana Plana
• Há evidências que os lipídeos são 
organizados lateralmente em domínios 
distintos:
• Organização lateral de longo-alcance
(fluorescência)
• Organização lateral de curto-alcance
(espectroscopia)
Assimetria Membranar
• Proteínas e Lipídeos => 
– Diferentes quantidades nas partes internas e 
externas da membrana biológica.
• Membrana Plasmática de Eucariotos:
PS, PE, PI (monocamada interna)
PC, SM, GL (monocamada externa)
• A composição de Ácidos Graxos, mesmo em 
lipídeos contendo cabeças polares idênticas, é 
diferente nos dois lados da bicamada.
• ASSIMETRIA MEMBRANAR
Transporte de proteínas apical e basolateral
– Rede de trabalho trans-Golgi (complexo)
– Endossomo basolateral
Tráfego de proteínas nas células epiteliais 
Via de transdução: Clássica sinalização –
– proteína G- proteínas quinases)
Relevância na Transdução de sinais e na 
expressão gênica
• Fosfatidilinositol-4,5-bifosfato (Chave da transdução)
Hidrólise (fosfolipase C)
Diacilglicerol
Inositol trifosfato
20MENSAGEIROS
Esfingomielina e ácido fosfatídico metabólicos
Efeitos Ambientais
• A composição lipídica de membranas 
responde a modificações de fatores 
ambientais (e.g., dieta, temperatura...)
Efeitos de idade ou doença
•A composição lipídica modifica-se com o 
desenvolvimento e idade da células.
Condições patológicas (células malignas, aterosclerose, etc.)
Colesterol nas Membranas
Biológicas
Alberts et al., 1998 The Cell
Colesterol
• Age como um mediador, controlando a 
fluidez da membrana
– Efeito de condensação nas regiõesde 
desordem dos fosfolipídeos
– Efeito de desordem nas regiões ordenadas ou 
na fase cristalina
↑↑↑↑ Fluidez ���� ↑↑↑↑ permeabilidade (H2O, íons)
Voet & Voet, 1995
Função do Colesterol
• Fluidez × temperatura de transição de fase (Tg)
• Colesterol de intercala nas moléculas de 
fosfolipídeos
– Grupo OH interface aquosa
– Estrutura esteróide hidrofóbica na monocamada
Colesterol: Temperatura de Tansição
de Fase (Tg)
• T>Tg
– Estrutura rígida esteroidal interage com os 
grupamentos ácidos dos fosfolipídeos����
menor movimento; menor fluidez
• T<Tg
– Interação do colesterol com cadeias acilas
interferindo no alinhamento ����
menor T estado fluido; gel ocorre (mantém 
fluidez em ↓↓↓↓T)
INTERAÇÕES NÃO COVALENTES NAS
BICAMADAS LIPÍDICAS
As bicamadas lipídicas possuem tendência 
inerente a serem extensas
As bicamadas lipídicas podem fechar sobre si 
mesmas e formar vesículas
As bicamadas lipídicas são auto selantes, pois 
um orifício na bicamada é energeticamente 
desfavorável
INTERAÇÕES NÃO COVALENTES NAS
BICAMADAS LIPÍDICAS
Hidrofóbicas
Forças atrativas de van der Waals
Caudas hidrocarbonadas
Atrações eletrostáticas 
Pontes de hidrogênio
Cabeças polares - água
Moléculas de água são liberadas das caudas hidrocarbonadas dos 
lipídeos quando essas caudas ficam seqüestradas no interior apolar da 
bicamada
T< Tm
bicamada organizada com cadeias alifáticas
relativamente imobilizadas (conformação 
extendida máxima)
área superficial/ lipídeo é mínima
espessura da bicamada é máxima
T>Tm
fase líquida (mobilidade das cadeias alifáticas é 
intermediária entre os estados sólido e liquido dos alcanos).
área superficial/ lipídeo aumenta
espessura da bicamada diminui de 10 a 15 %
Transição de fases em bicamadas
Transição de fases em bicamadas
1. As transições de fases são sempre endotérmicas; 
o calor é absorvido enquanto a temperatura aumenta
durante a transição 
2. Fosfolipídeos apresentam temperaturas de transição
de fase específica (Tm): aumenta com o comprimento
da cadeia alifática, diminui com a insaturação e
depende da natureza do grupo polar da cabeça
3. Em bicamadas de fosfolipídeos puros, a transição 
ocorre em faixa estreita de temperatura. Ex:
Tm dimiristoilfosfatidilcolina = 0,2°C.
4. Membranas biológicas apresentam faixa larga de transição 
de fase e dependem fortemente da composição dos lipídeos e 
proteínas.
Transição de fases em bicamadas
5. Para certas bicamadas de lipídeos, uma modificação no 
estado físico, chamada de pré-transição, ocorre de 5°a 
15°C abaixo de Tm. Estas pré-transições envolvem 
inclinação das cadeias hidrocarbonadas
6. Geralmente a fase de transição está relacionada com 
modificação do volume.
7. A transição de fase da bicamada é muito sensível à 
presença de solutos que interagem com os lipídeos, tais 
como cations divalentes, substâncias lipossolúveis, 
peptídeos e proteínas
Garrett, 1995
Proteínas Integrais (globulares)
• Glicoforina (eritrócitos)
• Imunoglobulinas (linfócitos) 
• Receptores (membrana plasmática)
• Anquirina (eritrócitos), citoesqueleto
• Espectrina (eritrócitos), citoesqueleto
Proteínas Periféricas 
Voet & Voet, 1995
Proteínas integrais em 
bicamadas lipídicas são 
“solvatadas” pelos lipídeos 
através de interações 
hidrofóbicas entra a 
proteína e a cauda apolar 
dos lipídeos.
Proteinas Integrais das Membranas
Alberts et al., 1998 The Cell
Associação de proteínas integrais com os lipídeos da bicamada: αααα-hélice, 
folhas ββββ, ligação covalente com lipídeos, interação não covalente com outras 
proteínas.
Proteínas Membranares
Enzimas
Transportadoras
Estruturais
Antígenos (histocompatibilidade)
Receptores
Retículo endoplasmático = 6~8 proteínas 
membranares
Membrana plasmática > 100 proteínas 
membranares
Alberts et al., 1998 The Cell
Proteínas Membranares
• Proteínas associam-se à bicamadas lipídicas de 
várias formas
• Uma cadeia polipeptídica usualmente cruza a 
bicamada como um αααα-hélice
• Proteínas membranares podem ser solubilizadas
por detergentes e purificadas
• A estrutura completa só é conhecida para umas 
poucas proteínas de membrana
• A superfície da célula é revestida com 
carboidratos
• Células podem restringir o movimento das 
proteínas membranares
Membranas: Permeabilidade 
Seletiva
• A membrana plasmática apresenta 
permeabilidade seletiva e age como uma 
barreira, mantendo, portanto,uma composição 
diferente entre o meio intracelular e 
extracelular.
• A permeabilidade seletiva é devida à presença 
de proteínas que formam canais e bombas para 
íons e substratos; e por receptores específicos
para moléculas sinalizadoras tais como 
hormônios.
Lehninger, 2000
Disposição da glicoforina
na bicamada da 
membrana plasmática de 
eritrócitos.
Remoção de proteínas 
das membranas. 
Periféricas: pH, força 
iônica, remoção de 
Ca2+ por agentes 
quelantes, 
phospholipiase C. 
Integrais: detergente.
Lehninger, 2000
Lehninger, 2000
Difusão Lateral de Proteínas nas Membranas 
Biológicas
Figura 7. Restrição de difusão lateral da glicoforina em eritrócitos
Estrutura das Membranas Biológicas
Figura 8. Separação das bicamadas de fosfolipídeos das membranas
pela técnica de criofractura
Lehninger, 2000
Classificação e Nomenclatura de 
Fosfolipídeos
Há várias maneiras de classificação:
• Classes de fosfolipídeos
• Forma ou tipo de ligação da cadeia alifática 
com o esqueleto fosfolipídico
• Grupos da cabeça polar
• Variabilidade da cadeia, em termos de n0 de 
átomos de Carbono, grau de insaturação, 
tipo duplas ligação, presença de anéis etc.
Interações entre Componentes 
da Membrana
• Formação de microdomínios
• Volume livre na membrana
Membranologia Moderna
• Organização em longa ou curta escala da 
estrutura membranar versus função
Transdução de Sinal e 
Expressão Gênica
• PIP2 IP3 + diaglicerol (lipídeo)
(hidrossolúvel)
• Esfingomielina
• Acido fosfatídico 
Seletividade para cabeça polar
(diacilgliceróis e fosfatídeos)
Seletividade para determinadas 
cadeias acilas
• Fluidez e/ou separação lateral de fases nas 
membranas
• A expressão de genes relacionados ao estresse 
ou genes que controlam a composição lipídica 
• A composição da membrana lipídica: 
regulação da função de proteínas celulares 
Efeitos do meio na composição 
da membranas (lipídeos)
• Dieta
• Temperatura
• Desenvolvimento
• Idade celular
• Transformação maligna
• Aterosclerose
Distúrbios na homeostase
Modificações na composição lipídica 
Propriedades celulares
Eliminação das células apoptóticas
Agregação e Organização 
de Lipídeos
“Parâmetro de empacotamento” (Israelachvili et al., 1980)
PP= V/a.lc
• V= volume hidrofóbico
• a= área superficial ocupada pela região polar do 
anfifílico na interface água-ar
• lc= Comprimento da região hidrofóbica
– Comprimento da cadeia hidrocarbonada (fosfolipídeos 
e glicerídeos)
– Núcleo estoroidal (esteróides)
Parâmetro:
• PP~1
• PP<1
• PP>1
• PP<<1
Moléculas cilíndricas
Micelas
Estruturas hexagonais inversas 
(fase II)
Esferas (vesículas)
Bicamadas!
Modificações
• Temperatura
• pH
• Força iônica do meio
Modificação PP
Modificação no estado
de agregação
Predição da forma do agregado de 
anfifílicos em misturas
• Estimação grosseira cálculo do valor 
da formação de médioPP
bicamadas em misturas
de fosfolipídeos
Σ PP
n
PE + CH (PP > 1) bicamada
Liso-PC
Gangliosídeos micelas
Ácidos graxos
Liso-PC + AG bicamada
• Interação anfifílica com íons ou moléculas 
polares
Alteração PP
• Fase lamelar
Micelas
Hexagonal
Bicamada Lipídica (PP~1)
Bicamada Lipídica (PP~1)
• Simetria: quase planar
cilíndrica
periódica (tipo fase cúbica)
• Cadeias hidrocarbonadas oposta
(pode haver superposição)
Bicamadas
• Interação entre as cabeças polares
– Pontes de Hidrogênio
– Ligações iônicas
• Repulsão entre as cabeças polares
– Estérica
– Eletrostática
– Forças de hidratação
Formação de Lipossomas
• Dispersão de lipídeos em água (T >Tc)
• Vesículas esféricas em bicamadas
– Unilamelares (SUV)
– Multilamelares (MLV)
• MLV
energia
• SUV >40 nm lipídeos polares (+)
>100 nm lipídeos polares (-)
PE vesículas instáveis
• Lipossomas SUV agregação/fusão
tensão de 
empacotamento
Lipossomas
Conformações na Cadeia Alifática dos 
Lipídeos em Bicamadas
• Fase em gel (Lβ):
organizada configuração trans
• Espessura de camada d1=1,27 nC de lipídeos 
(cadeia alifática)
nC = numero de C por Cadeia
Duplas ligações ↓ o comprimento de cadeia 
hidrocarbonada
~0,5 nm (cada =)
Membranas Biológicas:
Organização de Bicamadas
• Fase fluida lamelar (Lα)
• A orientação da desordem das cadeias aumenta não 
linearmente com os terminais das cadeias
• Parâmetro de Ordem
– Grau de insaturação da cadeia
– Comprimento total das cadeias
Substâncias que afetam a ordem 
(organização) das Membranas
• Fluidez do interior da membrana é essencial:
– Barreira para o transporte de solutos polares
– Solvente para substâncias menos polares
• Colesterol: alta afinidade com cadeias saturadas
• Peptídeos
• Proteínas: ↑ ou ↓ a ordem das membranas
dependendo da forma e dimensão
Região das Cabeças Polares e 
Adjacências
• Função da Interfase membrana – solução em sistemas 
biológicos
(diferentes extensões em diferentes sistemas biológicos)
Comprimento
PC = cabeça polar 0,5 nm (fosfato)
0,9 nm (glicerol)
Região interfacial de 0,8 nm (no mínimo)
PEG-lipídeos = 4 – 10 nm ou 15 nm
(PEG 2000, PEG 5000)
Glicocálix células eucarióticas = 10 nm
Glicocálix de bactérias gram-negativas = > 10 nm
• A região rica em proteínas e lipídeos próxima 
a superfície da membrana
Transição suave entre o interior da membrana 
(livre de carga) e a fase externa (rica em 
carga– íons e eletrólitos, maior constante 
dielétrica)
• ↑ espessura ↑ hidração da membrana
↓ eletrólitos na fase externa
• Intumescimento:
• Lipídeos muito polares e substâncias com cabeça 
polar longa
• > interfase > intumescimento
• Lipídeos pouco polares e substâncias com cabeça 
polar curta
• < interfase < intumescimento
• Adsorção de H2O e moléculas polares
↑ interfase => 
↑ mobilidade das partes polares da moléculas 
• ↑ T
• alarga a região interfacial nas fases lamelar, 
sub-lamelar e não lamelar.
• Interfase membrana – solução 
(reconhecimento diferente)
• Segmentos de duas membranas diferentes
• Formação de complexo
• Reconhecimento seletivo
• Adaptação de moléculas “estranhas”
• Resposta imune
Distribuição de Carga nas Membranas
• Distribuição não uniforme de cargas na região 
superficial da membrana
• Interfase = ↑ polaridade (perfil dielétrico)
• Interior (núcleo) = ↓ polaridade
• Mobilidade de cargas superfície (interfase)
• (redistribuição)
– Mobilidade
– Entropia
– Repulsão eletrostática
Distribuição de cargas
• A distribuição de cargas na interface difere daquela 
nas moléculas isoladas
Aumento na parte mais externa da região interfacial
• Interfaces de Membranas Biológicas
(difícil modelagem)
Propriedades eletrostáticas da extensa interface:
• Várias regiões consecutivas com diferentes 
densidades de carga, comprimento, polaridade,....
Propriedades Eletrostáticas das 
Membranas
• A maioria das membranas biológicas são carregadas 
com cargas negativas
Potencial eletrostático de superfície
• Potencial zeta = mobilidade eletroforética de cargas
• Medidas: 
– zeta potenciômetro => eletroforese
– Zeta-sizer => espectroscopia de correlação de fótons
– Sondas de Fluorescência => Ex. HC (7-heptadecil-7-
hidroxicumarina)
Hidratação da Membrana
• Região hidratada
~0,1 a 0,3 nm
Superfície de hidratação × polaridade
• Bicamada H2O => unidade termodinâmica que 
reage consistentemente às variações externas.
~10 nm (2 ou 3 moléculas)
• Modificação na hidratação da membrana == 
Mudança na estrutura
• Estresse osmótico == 
adaptação morfológica da membrana
Hidratação
• Hidratação modificação na conformação da 
cabeça polar dos lipídeos
• ↑ Volume exposição
• ↑ Velocidade
• ↑Motilidade
Exposição subfase
aquosa
Cabeça polar
Hidratação × Estabilidade Física e 
Química das Membranas
• A sub fase aquosa é a fonte de espécies reativas de 
Oxigênio (ROS)
– Oxidação de lipídeos
• Radiação ionizante
Prevenção da oxidação
• Lipídeos em solventes orgânicos (<0oC)
• Lipídeos – PEG
• Lipídeos – H2O =>
– estabilidade de suspensões membranares
• Moléculas de H2O (raras) na bicamada =>
– Instabilidade da membrana
Desidratação da Membrana
• Ligação de solutos
• Presença de lipídeos – PEG
– Desidratação da cabeça polar
– Aumento da hidratação da cadeia conjugada 
com o PEG
Curvatura da Membrana
• Arranjo molecular de misturas de lipídeos
– Composição local
– Curvatura da bicamada
• A não uniformidade lateral da membrana
transformações locais de membranas ou na 
forma das vesículas
• Lipídeos mais polares ( força de repulsão na 
parte hidrofílica)
– Concentração na região de alta curvatura 
negativa
• Lipídeos com caráter predominantemente 
hidrofílico
– Acumulam-se em regiões da membrana com 
curvatura de superfície positiva
Forças e Fatores Envolvidos na 
Formação de Membranas
• 1. Interações proteínas – lipídeos
• Estado fluido da membrana => 
– fase de cristal liquido bidimensional
• Incorporação de macromoléculas 
– (DNA e proteínas)
Forças e Fatores Envolvidos na 
Formação de Membranas
• 1. Interações proteínas – lipídeos
• Deformações na bicamada:
– Rearranjos locais
– Separação dos diferentes componentes da 
membrana
• Domínios de lipídeos carregados
– Interações eletrostáticas
– Composição heterogênica de lipídeos na 
membrana
• Incorporação de proteína integral hidrofóbica na 
membrana adjacente
– Deformações elásticas do meio lipídico
• Se a dP >dB
(espessura da proteína) > (espessura da bicamada)
A bicamada lipídica será “esticada” para evitar a 
exposição das regiões hidrofóbicas das proteínas para a 
fase aquosa
• Se a dP = dB
(espessura da proteína) = (espessura da bicamada)
A proteína rigidamente ligada => diminuição da entropia 
conformacional da cadeia lipídica circundante
Formação de domínio lateral por 
peptídeos pequenos de caráter básico
Interações eletrostáticas
• Substrato para proteína C-quinase
(membrana de macrófagos)
• MARCKs
(rico em alanina miristoilada)
• Agregação de MARCKs na superfície da 
membrana
– Migração de lipídeos + para regiões abaixo
– Formação de domínios laterais importantes na 
transdução de sinais
ExemploExemplo
• PIP2: Seqüestrados em domínio PS
• PLC (fosfolipase): Excluída do domínio PS
• MARCKs –proteína-quinase P (fosforilação)
– Dissociação de MARCKs da bicamada
PIP2 IP3+DAG
PLC
Exposição de PIPI2 a PLC
Formação de domínios em vesículas 
fosfolipídicas por peptídeos+
Estado de ENERGIA MÍNIMA
(Ganho de energia > perda de energia)
• a) repulsão eletrostática entre lipídeos (-) que 
migraram para o domínio
• b) repulsão eletrostática entre peptídeos (+) que 
formam o domínio
• c) O domínio da entropia da mistura “lipídeos e 
peptídeos”
IMPORTÂNCIA
– Terapia Gênica
– Catiônicos
– Lipossomas contendo DNA
+
Métodos de Estudo
• RMN (deuterium)
• Espectroscopia RMN bidimensional de próton 
associada ao ângulo de rotação mágico (MAS) –
MAS NOESY
Colesterol
– Microdomínios lipídicos
– Organização dependente de:
• Cabeça polar
• Insaturação da cadeia